崔海濤，施興華

(中國電波傳播研究所，山東青島266000)

一、前 言

為預(yù)防和避免城市道路塌陷災(zāi)害事故的發(fā)生，采用先進適用的高科技探測設(shè)備定期對城市道路進行普查探測，提前發(fā)現(xiàn)隱伏在地下的空洞，提前預(yù)警，及時采取措施處治排險，才能防患于未然，這已成為普遍共識。

然而，對城市道路下方隱伏的空洞進行探測作業(yè)，由于交通繁忙，環(huán)境干擾大，常用的工程物探方法，如高密度電法、淺層地震法、瞬變電磁法等難于施展，應(yīng)用效果差，成本高，速度慢，難以大范圍應(yīng)用;而探地雷達具有現(xiàn)場實施方便、抗外部環(huán)境干擾、作業(yè)快速便捷、探測效率高、分辨率高、實施成本低廉等優(yōu)勢，成為城市道路塌陷災(zāi)害普查探測的首選技術(shù)手段和唯一現(xiàn)實可行的方法。國內(nèi)外多年來的科學(xué)研究和工程應(yīng)用實踐，充分證明了探地雷達在城市地下空洞普查探測領(lǐng)域的良好性能和取得的顯著成效。

二、國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.日本

城市化進程早于中國的日本，約20年前，東京、名古屋等城市也曾有過地陷多發(fā)期。以東京為例，每年大規(guī)模地陷次數(shù)多達20～25次，但最近20余年，東京卻每年僅有1～2起大規(guī)模地陷，甚至數(shù)年未出現(xiàn)大規(guī)模地陷。1990年起，日本在全球率先使用雷達探測技術(shù)，在全國范圍內(nèi)進行地下空洞調(diào)查，對一些大的、危險的空洞進行工程填補。之后，日本在各城市重點區(qū)域定期探測、巡查，一旦發(fā)現(xiàn)塌陷隱患，立時填補，并啟動預(yù)案對周邊加強檢測。

2.北京市政管理養(yǎng)護集團

2008年，為保證奧運會相關(guān)道路的安全暢通，北京市政養(yǎng)護集團首次使用地質(zhì)雷達檢測技術(shù)，應(yīng)用于路面下空洞檢測，并對奧運自行車比賽線路、奧運馬拉松比賽線路、奧運火炬?zhèn)鬟f線路和奧運場館周邊道路等進行了全面檢測。

2009年國慶大閱兵之前，北京市政養(yǎng)護管理集團使用探地雷達探測顯示東單路口土質(zhì)疏松，通過提前發(fā)現(xiàn)和及時處理，此處路面沒有發(fā)生沉降。2011年發(fā)現(xiàn)中關(guān)村南大街路面有沉降，探地雷達應(yīng)急探測后發(fā)現(xiàn)一直徑1.75m，深5 m的空洞，及時處理后避免事故發(fā)生。

3.太原市市政公共設(shè)施管理處

2012年9月太原市市政公共設(shè)施管理處要求國內(nèi)甲級資質(zhì)的探測企業(yè)在太原市雙塔西街采用高密度電法、淺層地震和探地雷達等方法，作了一次綜合物探方法探測空洞的試驗段。2012年12月26日雙塔街和并州路口大規(guī)模塌陷發(fā)生后，又引進北京一家公司用探地雷達探測空洞，同時，管理處也自行裝備了雷達工程檢測車進行探測。

4.貴港市國土資源局

2013年5、6月間，廣西貴港市接連發(fā)生16處道路塌陷，主要因素是地下溶洞塌落。貴港市國土資源局受市政府委托，采用探地雷達，以人工作業(yè)對塌陷周邊區(qū)域進行了應(yīng)急探測。后繼將進行全市范圍的普查探測。中科院巖溶地質(zhì)所也在進行巖溶地區(qū)城市地陷的研究，其探測手段采用的仍然是探地雷達。

三、RDFR-V01車載式道路塌陷災(zāi)害預(yù)警雷達系統(tǒng)

RDFR-V01車載式道路塌陷災(zāi)害預(yù)警雷達系統(tǒng)，是筆者所在單位國家科技攻關(guān)項目最新技術(shù)創(chuàng)新成果，系統(tǒng)以國際領(lǐng)先的多通道大型雷達天線陣列為核心，集成了RTK精確坐標(biāo)定位系統(tǒng)和高清視頻、圖像采集系統(tǒng)，可快速高效地實現(xiàn)對城市道路的全覆蓋地毯式普查探測，及時發(fā)現(xiàn)地下隱伏空洞，預(yù)報、預(yù)警塌陷災(zāi)害(如圖1所示)。多個城市的工程實踐應(yīng)用表明，RDFR-V01車載式道路塌陷災(zāi)害預(yù)警雷達系統(tǒng)探測性能優(yōu)異并取得良好實效，是道路塌陷災(zāi)害普查探測的首選技術(shù)設(shè)備。

圖1 RDFR-V01車載式道路塌陷災(zāi)害預(yù)警雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

RDFR-V01車載式道路塌陷預(yù)警雷達系統(tǒng)，經(jīng)過歷時3年的研發(fā)定型、嚴(yán)格系統(tǒng)測試和大里程探測磨合作業(yè)后，于2012年9月首次應(yīng)用于哈爾濱市道路塌陷災(zāi)害普查探測項目。按照政府主管部門的要求，快速高效地完成了地鐵沿線和重點地區(qū)街路的普查探測工作，提交了翔實可靠的探測成果報告，為防范和治理塌陷災(zāi)害提供了數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)，受到政府主管部門的高度評價。

此后，RDFR-V01塌陷預(yù)警雷達系統(tǒng)先后應(yīng)用于大連市2013年夏季達沃斯論壇和全運會重點街路的道路病害和塌陷災(zāi)害的普查探測項目、西安市環(huán)城路災(zāi)害、病害普查探測項目、青島流亭機場普查探測項目、太原市重點區(qū)域道路塌陷災(zāi)害專項普查探測項目、福州市重點區(qū)域道路塌陷災(zāi)害專項普查探測項目。目前，RDFR-V01車載式道路塌陷預(yù)警雷達系統(tǒng)累計完成多座城市道路普查探測里程近2000 km。

四、工程案例

1.哈爾濱市

2012年9月哈爾濱市集中爆發(fā)道路塌陷，高峰時7天內(nèi)塌陷8處，死亡2人，傷2人，兩車墜坑。哈爾濱市道路塌陷主要原因是大量地下老舊人防洞室集中垮塌、地鐵施工擾動造成排水管線破壞泄漏，水流沖刷流土，形成大量地下空洞。筆者所在單位應(yīng)哈爾濱市主管部門邀請前往遂行地下空洞普查探測任務(wù)，進場后，利用RDFR-V01車載式道路塌陷預(yù)警雷達系統(tǒng)一周時間內(nèi)完成了哈爾濱市地鐵沿線和重點區(qū)域的大直街、中山路、長江路、花園街、北京街、嵩山路、郵政街、民益街20余條重點危險街路的普查探測，提交了翔實的探測成果報告，為防控和處治塌陷災(zāi)害提供了可靠的數(shù)據(jù)支持和決策支持，扭轉(zhuǎn)了被動局面，受到政府部門的肯定和好評。

2.大連市

2013年夏季達沃斯論壇將在大連市召開，同時十二屆全運會分賽場屆時也設(shè)在大連，因此，為保障這兩項重大活動順利舉辦，2012年10月，大連市市政工程處擬對人民路、中山路、五一路、長春路、疏港路等5條景觀路和主干路進行整修改建，邀請筆者所在單位采用探地雷達普查探測，探明道路結(jié)構(gòu)病害和道路下方的空洞隱患，為道路整修設(shè)計和塌陷災(zāi)害預(yù)防處治提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。大連市市區(qū)地下主要為灰?guī)r地層，基巖質(zhì)量較好，道路塌陷災(zāi)害主要由地鐵施工擾動上部第四紀(jì)沉積物，破壞管線產(chǎn)生滲漏沖刷和流土，形成空洞。進場后，筆者所在單位根據(jù)市政處要求，采用RDFR-V01雷達車對項目路段進行了全面普查探測，詳細(xì)查明了各類道路結(jié)構(gòu)病害和地下隱伏空洞災(zāi)害的坐標(biāo)位置、深度和范圍，為整修改進設(shè)計方案的制定和塌陷災(zāi)害防控治理提供了數(shù)據(jù)支撐，取得良好效果。探測成果與大連市市政交通設(shè)計院的鉆孔數(shù)據(jù)高度吻合，后繼開挖回填處理地下空洞工作，進一步驗證了普查探測成果的可靠性。

3.太原市

太原市近年來發(fā)生了多起道路塌陷災(zāi)害。太原市區(qū)地下為濕陷性黃土地層，同時市區(qū)主要干道下方密布的老舊人防工事，近年來開始進入集中垮塌期，地下人防洞室垮塌造成上部土體擾動并為流土提供通道和空間，使管線破壞滲漏，泄漏出的水使?jié)裣菪渣S土發(fā)生塌落，加速流土和空洞的形成，造成地表塌陷事故。2013年6月底7月初，筆者所在單位與太原市市政公共設(shè)施管理處檢測中心共同對太原市雙塔西街南沙河以東路段、青年東街、濱河西路長風(fēng)橋段、并州東街、建設(shè)路進行了道路塌陷災(zāi)害的普查探測，發(fā)現(xiàn)多處空洞異常反應(yīng)，并將經(jīng)復(fù)核檢測確定的異常點位提交給市政設(shè)施管理處。

五、結(jié)束語

通過總結(jié)和分析國內(nèi)外的工程實踐和筆者所在單位承擔(dān)的多個城市道路災(zāi)害普查探測項目，得出以下幾點體會和認(rèn)識:

1)探地雷達是城市道路塌陷災(zāi)害普查探測的首選技術(shù)手段，也是唯一在國內(nèi)外城市道路塌陷普查探測的工程實踐中大量應(yīng)用取得成功的工程物探方法。

2)傳統(tǒng)的、普通的人工或機動車拖曳的單天線探地雷達，由于速度慢、效率低、探測斷面窄，因此不能有效地覆蓋普查探測道路，容易漏失地下空洞目標(biāo);同時，由于其采集信息量有限，不利于對異常反應(yīng)的判讀，主觀性、隨意性較大，探測成果質(zhì)量較差。

3)RDFR-V01型車載式道路塌陷災(zāi)害預(yù)警雷達系統(tǒng)采用最先進的大型雷達天線陣列技術(shù)，有效探測寬度3.75 m，探測巡航速度10～20 km/h，專為針對道路塌陷災(zāi)害進行地毯式全覆蓋普查探測而設(shè)計，可對地下隱伏空洞進行多天線的多點同步聯(lián)合掃描和測量，最大限度地捕獲目標(biāo)體空間信息和特種信息，極大地提高了雷達探測和識別的質(zhì)量、效率。同時，天線陣列的多點探測、多點識別優(yōu)勢，使得雷達數(shù)據(jù)和圖像的判讀更加準(zhǔn)確可靠。

［1］中華人民共和國建設(shè)部.CJJ 7—2007城市工程地球物理探測規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.